JPH087442B2 - 放射線感応性レジスト - Google Patents

放射線感応性レジスト

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JPH087442B2
JPH087442B2 JP30471687A JP30471687A JPH087442B2 JP H087442 B2 JPH087442 B2 JP H087442B2 JP 30471687 A JP30471687 A JP 30471687A JP 30471687 A JP30471687 A JP 30471687A JP H087442 B2 JPH087442 B2 JP H087442B2
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正次 米澤
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/039Macromolecular compounds which are photodegradable, e.g. positive electron resists

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は耐ドライエッチング性がすぐれ、且つ高解像
度の放射線感応性レジストに関するものである。
更に詳しくは、架橋性α−シアノアクリル酸エステル
の単独重合又はこれと架橋性もしくは、非架橋性α−シ
アノアクリル酸エステルを共重合させて得られた単分散
ポリマーにより、解像度の改善を図るとともに、α−シ
アノアクリル酸エステルの側鎖の架橋による耐ドライエ
ッチング性の改善により、例えば64メガビットD−RAM
以降の半導体大規模集積回路用レジストの提供を目的と
したものである。
〔発明の技術的背景〕
半導体集積回路は光学式露光の限界である線幅0.5μ
m以下のレベルのリソブラフィー技術として、電子線直
接描画、X線リソグラフィーなどの技術が開発されてい
るが、これに適合するレジストの開発も急を要する段階
になっている。
これらレジスト材料には放射線を照射することによ
り、架橋反応を起し、現像液に不溶化するネガ型と放射
線を照射することにより、レジストの主剤ポリマーが主
鎖分裂反応を起し、低分子量化することにより、現像液
に易溶性となり、照射領域のレジストのみ除去されるポ
ジ型とある。
ネガ型レジストの特徴は、高感度で、耐エッチング性
が優れているが、解像度が低いことである。
これに対して、ポジ型レジストの特徴は、解像度が高
いが、感度や耐エッチング性がネガ型レジストより劣る
ことである。
最近、大規模集積回路の高集積化速度は一段と加速さ
れており、放射線感応性レジストの主流はポジ型レジス
トへ移行している。然しながら、このレジストは低感度
と耐ドライエッチング性に大きな弱点があり、未だ解決
されていない。
〔従来技術とその問題点〕
ポジ型レジストの代表的主剤ポリマーとしては、ポリ
メチルメタクリレート(P−MMA)があるが、その優れ
た解像度(0.3〜0.5μm)とは極めてアンバランスな低
感度(5×10-5C/cm2)と不十分な耐ドライエッチング
性の故に、実用化レジストとしては認知されていない。
この為、業界の関心は耐ドライエッチング性と感度向
上に集中しており、多くの提案がなされているが、放射
線に対する感度と耐ドライエッチング性は互いに相反す
る機能である為、クリチカルな改善実績は挙っていな
い。レジスト感度の改善にはCl,Br,F,S,O,Nなどの電子
吸引基の導入が考えられ、例えばポリヘキサフルオロブ
チルメタクリレート,ポリトリクロロエチルメタクリレ
ート,ポリトリフルオロエチルα−クロルアクリレー
ト,ポリブテン−1スルホン,ポリ2−メチルペンテン
−1スルホン−ノボラック樹脂混合物などが提案されて
いるが、その大半が電子吸引基の導入により耐ドライエ
ッチング性の低下を招き、本格的レジストには程遠いの
が実情である。
耐ドライエッチング性の改善には、主剤ポリマーの側
鎖にベンゼン環の導入、分子量の大きなアルキル基
の導入架橋基の導入ラジカル捕捉剤の添加等がある
が、感度低下を招きバランスのとれたレジストがないの
で、使用条件により、レジストを選んでいるのが実情で
ある。
解像度の改善にはネガ型レジストでは、スチレン,P−
ジメチルアミノメチルスチレン,イソプレンなどをアル
キルリチウムなどのアニオン重合開始剤を使用して単分
散ポリマーにし、解像度の顕著に向上することが報告さ
れている。
〔発明の目的〕
本発明はα−シアノアクリル酸エステルを主剤ポリマ
ーとするレジストの最大の欠点とされている耐ドライエ
ッチング性はレジスト膜の架橋により改善し、解像度の
向上には単分散ポリマーを採用、必要に応じて電子吸引
基を導入することにより、D−RAMにして例えば64メガ
ビット以降の高解像度レジストの提供を目的としてい
る。
〔発明の構成〕
即ち、本発明は架橋性α−シアノアクリル酸エステル
単独重合体又は架橋性共重合体として単分散ポリマーを
採用し、解像度の向上を図るとともに、これら架橋性ポ
リマーを放射線照射の前又は後で架橋させることによ
り、耐ドライエッチング性を向上させることに成功し
た。
本発明に使用される架橋性α−シアノアクリル酸エス
テルは次式で表わされるものである。
ただし、式中のRは、アルコキシアルキル基,ヒドロキ
シアルキル基,アルキニル基,アリル基などの架橋性基
であり、具体的には、α−シアノアクリル酸2−メトキ
シエチル,α−シアノアクリル酸2−ヒドロキシエチ
ル,α−シアノアクリル酸プロパギル,α−シアノアク
リル酸アリル等である。
これに対応するα−シアノアクリル酸エステルは耐エ
ッチング性,耐熱性,レジスト膜の酸化シリコン層との
密着性など、レジストの主要特性を左右する可能性のあ
るプロセスコントロール上の諸条件を考慮して、必要に
応じて架橋性α−シアノアクリル酸エステルのみなら
ず、非架橋性α−シアノアクリル酸エステルも使用され
る。
使用される非架橋性α−シアノアクリル酸エステルは
具体的にはα−シアノアクリル酸メチル,α−シアノア
クリル酸エチル,α−シアノアクリル酸n−プロピル,
α−シアノアクリル酸イソプロピル,α−シアノアクリ
ル酸n−ブチル,α−シアノアクリル酸イソブチル,α
−シアノアクリル酸n−ペンチル,α−シアノアクリル
酸イソアミル,α−シアノアクリル酸n−ヘキシル,α
−シアノアクリル酸シクロヘキシル,α−シアノアクリ
ル酸n−オクチル,α−シアノアクリル酸2−エチルヘ
キシル,α−シアノアクリル酸トリフルオロエチル,α
−シアノアクリル酸トリクロロエチル,α−シアノアク
リル酸フェニル等である。
これらのモノマーは通常の合成法で得られたもので良
く、アニオン重合抑制剤の混入したままで良い。
以上の重合体は分子量が2万〜200万であるが好まし
くは20万〜100万のものが使用される。
〔発明の効果〕
本発明によるポジ型レジスト材料はその抜群の解像度
と従来のポジ型レジストに見られない感度特性の優秀性
に加えて高い耐ドライエッチング性により、D−RAMに
して例えば64メガビット以降の半導体大規模集積回路製
造の際の電子ビーム、X線リソグラフィー工程における
ような超高密度彫刻に適合するものであり、加工精度の
大幅な向上により回路設計に充分な余裕を保証するとと
もに極めて高い高度特性とすぐれた耐ドライエッチング
性によりコストの低減と高い生産性に大きな効果をもた
らすものである。
以下、この発明の実施例を示すが、電子線もX線リン
グラフィーに使用される軟X線(波長4〜10Å)も物質
に及ぼす化学作用は同じであり、レジストの電子線に対
する感度とX線に対する感度とは比例関係(例えば10-7
C/cm2=10mJ/cm2)にあることが、Proc International
Conf.Microlithography,Paris,July 261(1977)等で公
知になっているので、煩雑を避けるため、電子線照射に
よる結果を実施例とするとにした。
この発明はこれらの実施例に限定されるものでないこ
とは云うまでもない。
以下、実施例を挙げて本発明を更に説明する。
実施例1 アニオン重合開始剤チオ尿素5×10-5モルを含む700m
lのアセトン溶液をフラスコ内に導入し、系内温度を−7
0℃に冷却した。この系内を十分かきまぜながら、アニ
オン重合抑制剤SO250ppmを含むα−シアノアクリル酸ア
リル0.01モルを含有する100mlのアセトン溶液を系内温
度を−70℃以下に保ちながら加え,リビングポリマーを
生成せしめ、これにアニオン重合抑制SO250ppmを含むα
−シアノアクリル酸シクロヘキシル0.09モルを含有する
100mlのアセトン溶液を、引続き系内温度を−70℃以下
に保ちながら加えて共重合反応を行った後、重合停止剤
を加えて重合反応を停止した。得られた共重合体は再沈
澱法で精製した後、ゲルパーミエーション・クロマトブ
ラフィー(GPC)−光散乱法でその分子量を測定したと
ころ、その分子量は33.8万でその分散度(Mw/Mn)は1.0
5であった。
このポリマーの5重量%シクロヘキサノン溶液を作
り、これに紫外線架橋剤を加えてレジストを調製した。
このレジストを回転塗布法により、0.5μm厚の熱酸化
シリコン層上に塗布して、0.53μmの膜厚の共重合体膜
を得た。これを130℃,30分熱処理(プリベーク)後、紫
外線架橋させて、加速電圧10KV,4×10-7C/cm2の電子線
を所定パターンに従ってレジスト膜面に照射した。続い
て、これを大気中に取出して、25℃のシクロヘキサノン
とメチルイソブチルケトンの1:2の現像液に3分間浸漬
することによって現像後、イソプロピルアルコールでリ
ンスし乾燥させた。次いで、130℃,30分間加熱処理(ポ
ストベーク)した。
このレジスト膜をCF4反応性イオンエッチング装置
で、CF4+5%O2 10SCCM 60mtorr,印加パワー13.56MHz,
150Wの条件でエッチングしたところ、P−MMAのエッチ
ングレートは750Å/minであったのに対し、このレジス
トのエッチングレートは450Å/minで、P−MMAより優れ
た耐性を示した。この系の酸化シリコン層のパターンを
走査型電子顕微鏡(SEM)で、観察したが、0.3μmの直
線状のパターンの形成が観察された。
注:実施例および比較例中のポリマーの分子量測定は
いずれもGPC−光散乱法によった。
実施例2 α−シアノアクリル産2−エチルヘキシルとα−シア
ノアクリル酸2−ヒドロキシエチルのモル比9:1の単分
散共重合体を実施例1に準じて低温アニオン重合法によ
り得たが、その分子量は41.8万、分散度(w n)=
1.04であった。このポリマーの5重量%シクロヘキサノ
ン溶液を作り、これに熱架橋剤を添加してレジストを調
製した。このレジストを回転塗布法により、0.5μmの
厚さの熱酸化シリコン層上に0.54μmの膜厚の共重合体
膜を得た。
これを150℃、30分熱処理し、架橋させた後、実施例
1に準じて電子線照射、現像後、リンス、ポストベーク
を行った。
このレジスト膜を実施例1の条件で、エッチングした
ところ、このレジスト膜のエッチングレートは420Å/mi
nで、P−MMAより優れた耐性を示した。この系のRIEに
よる酸化シリコン層のパターニング結果をSEMにより観
察し、ファインな0.3μmの直線状のパターンを確認し
た。
実施例3 α−シアノアクリル酸プロパギルとα−シアノアクリ
ル酸ヘキサフルオロブチルのモル比1:9の単分散共重合
体を実施例1に準じて低温アニオン重合法により得た
が、その分子量46.4万、分散度(w n)=1.05であ
った。このポリマーの5重量%シクロヘキサノン溶液を
作り、これに熱架橋剤を添加してレジストを調製した。
このレジストを回転塗布法により、0.5μm厚の熱酸化
シリコン層上に塗布して、0.56μmの膜厚の共重合体膜
を得た。
これを実施例2に準じて、プリベーク・熱架橋・電子
線照射・現像・リンス後、ポストベークを行った。この
レジスト膜を実施例1に準じてエッチングしたところ、
このレジスト膜のエッチングレートは580Å/minで、P
−MMAより優れた耐性を示した。この系のRIEによる酸化
シリコン層のパターニング結果をSEMにより観察したと
ころ、ファインな0.3μmの直線状のパターンを確認し
た。
実施例4 α−シアノアクリル酸アリルとα−シアノアクリル酸
プロピルのモル比1:9の単分散共重合体を実施例1に準
じ低温アニオン重合法により得たが、その分子量は31.1
万、分散度(w n)=1.07であった。このポリマー
の5重量%シクロヘキサノン溶液を作り、これに紫外線
架橋剤を添加してレジストを調製した。このレジストを
回転塗布法により、0.5μm厚の熱酸化シリコン層上に
塗布して、0.48μmの膜厚の共重合体膜を得た。これを
実施例1に準じて、プリベーク・紫外線架橋・電子線照
射・現像・リンスをし、ポストベークを行った。このレ
ジスト膜を実施例1に準じてエッチングした。このレジ
スト膜のエッチングレートは430Å/minでP−MMAより優
れた耐性を示した。この系のRIEによる酸化シリコン層
のパターニング結果をSEMにより観察したところ、0.3μ
mの直線状のシャープなパターンを確認した。
実施例5 α−シアノアクリル酸プロパギルとα−シアノアクリル
酸シクロヘキシルのモル比1:9の単分散共重合体を実施
例1に準じ低温アニオン重合法により得たが、その分子
量33.8万、分散度(w n)=1.04であった。この5
重量%シクロヘキサノン溶液を作り、これに熱架橋剤を
添加してレジストを調製した。このレジストを回転塗布
法により、0.5μm厚の熱酸化シリコン層上に塗布して
0.51μmの膜厚の共重合体膜を得た。
これを実施例2に準じて、プリベーク・熱架橋・電子
線照射・現像・リンス・ポストベークを行った。このレ
ジスト膜を実施例1に準じてエッチングした。このレジ
スト膜のエッチングレートは465Å/minでP−MMAより優
れた耐性を示した。
この系のRIEによる酸化シリコン層のパターンニング
結果をSEMにより観察したところ、0.3μmの直線状のパ
ターンの形成が確認された。
比較例1 α−シアノアクリル酸エチルの単分散単独重合体を実
施例1に準じ低温アニオン重合法により得たが、その分
子量は24.5万、分散度(w n)=1.06であった。こ
の重合体の5重量%シクロヘキサノン溶液を作り、回転
塗布法により、0.5μm厚の熱酸化シリコン層上に塗布
して、0.48μmの膜厚の重合体膜を得た。これを130℃,
30分加熱処理(プリベーク)後、加速電圧10KV,6×10-7
C/cm2の電子線を所定パターンに従ってレジスト膜面に
照射した。続いて実施例1に準じて現像・リンス・ポス
トベークした。このレジスト膜を実施例1に準じてエッ
チングしたところ、エッチングレートは810Å/minでP
−MMAより低い耐性を示した。このレジストの解像度は
実施例1〜5同様0.3μmであった。
比較例2 α−シアノアクリル酸トリフルオロエチルとα−シア
ノアクリル酸エチルのモル比6:4の単分散共重合体を実
施例1に準じ低温アニオン重合法により得たが、その分
子量は31.7万、分散度 (w n)=1.04であった。
この5重量%シクロヘキサノン溶液を作り、これを回
転塗布法により、0.5μm厚の熱酸化シリコン層上に塗
布して、0.46μmの膜厚の共重合体膜を得た。これを実
施例1に準じて、プリベーク・電子線照射・現像・リン
ス・ポストベークを行った。
このレジスト膜をエッチングしたところ、エッチング
レートは860Å/minでP−MMAより低い耐性を示した。こ
のレジストの解像度は実施例1〜5同様0.3μmであっ
た。
比較例3 α−シアノアクリル酸エチル15部、酢酸3部アゾビス
イソブチロニトリル0.1部をガラス封管に仕込み、窒素
中で50℃、15時間加熱することにより、14.1部の分子量
32万の非単分散単独重合体をえた。
これを5重量%のシクロヘキサノン溶液に調製し、0.
5μm厚の熱酸化シリコン層上に塗布して、0.42μmの
膜厚の単独重合体膜を得た。これを実施例1に準じて、
プリベーク・電子線照射・現像・リンス・ポストベーク
を行い、このレジスト膜をRIEによりエッチングした。
この結果をSEMで観察したところ、0.4μmの直線状のパ
ターンを確認した。
比較例1〜3と実施例1〜5の結果は単分散ポリマー
と架橋性α−シアノアクリル酸エステルの導入により、
解像度と耐ドライエッチング性のクリチカルな改善がな
されたことを示すものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】側鎖に架橋性基を有する架橋性α−シアノ
    アクリル酸エステルの分散度(Mw/Mn)が1.05以下の単
    分散単独重合体もしくはこのモノマー群の2種以上より
    なる分散度(Mw/Mn)が1.05以下の単分散共重合体又は
    このモノマーの1種以上と非架橋性α−シアノアクリル
    酸エステルの1種以上よりなる分散度(Mw/Mn)が1.05
    以下の単分散共重合体を主剤とする耐ドライエッチング
    性高解像度を備えることを特徴とする放射線感応性レジ
    スト。
JP30471687A 1986-12-29 1987-12-02 放射線感応性レジスト Expired - Lifetime JPH087442B2 (ja)

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JP30471687A JPH087442B2 (ja) 1986-12-29 1987-12-02 放射線感応性レジスト

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JP61-314225 1986-12-29
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JPS63271252A JPS63271252A (ja) 1988-11-09
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JP3031421B2 (ja) * 1990-11-28 2000-04-10 信越化学工業株式会社 化学増幅ポジ型レジスト材
JP2707164B2 (ja) * 1991-05-28 1998-01-28 信越化学工業株式会社 レジスト材

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